JPH0660029B2 - 光フアイバ用母材の製造方法 - Google Patents

光フアイバ用母材の製造方法

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JPH0660029B2
JPH0660029B2 JP60282115A JP28211585A JPH0660029B2 JP H0660029 B2 JPH0660029 B2 JP H0660029B2 JP 60282115 A JP60282115 A JP 60282115A JP 28211585 A JP28211585 A JP 28211585A JP H0660029 B2 JPH0660029 B2 JP H0660029B2
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    • C03B2201/08Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガラス母材に対する不純物元素の混入を防止で
き、かつ高品質な光フアイバ用母材を製造する方法に関
する。
〔従来の技術〕
光フアイバ用母材を大量生産する一般的な方法としてV
AD法が知られている。このVAD法は回転する出発部
材、例えばガラス板あるいはガラス棒の上に酸水素炎中
で生成したガラス微粒子を堆積させて円柱状の多孔質母
材をつくり、この多孔質母材を焼結して透明な光フアイ
バ用母材を製造する方法である。この方法において多孔
質母材を焼結し透明化するには母材をHeもしくはAr
ガス雰囲気で1600℃以上に加熱する必要がある。こ
の加熱炉としては通常カーボン炉が用いられている。か
かる加熱炉における焼結に際して特に留意しなければな
らない点はCuやFeなどの遷移元素の混入並びに水分
の混入の防止である。遷移元素が1ppb 以上混入する
と、光フアイバの損失波長特性が全波長にわたり著しく
損われ、また水分が0.1ppm 以上混入すると長波長域
におけるその特性が損なわれるからである。そこで通常
上記多孔質母材を脱水することが行なわれ、この脱水処
理として該多孔質母材を塩素系ガスやフツ素系ガスを添
加した不活性ガス雰囲気中で高温加熱する方法が知られ
ている。なかでもフツ素系ガスを用いる方法は多孔質母
材の脱水を行うのみならずフツ素を添加させる効果をも
有している。多孔質母材中にフツ素を添加すると光フア
イバの必須要件である屈折率分布の調整ができる利点が
ある。尚この点に関しては特公昭55−15682号公
報、特開昭55−67533号公報に詳しく説明されて
いる。
又上記フツ素ガスを用いた処理は通常、焼結と同時にも
しくは前工程として、カーボン炉内で行なわれる。カー
ボン炉にはカーボン発熱体が母材の加熱処理中に発生す
る水分や酸素で消耗するのを防ぐため、カーボン発熱体
と焼結雰囲気とを隔離する炉心管が配置されており、従
来アルミナ製のものが使用されていた。しかし、アルミ
ナ製の炉心管を用いるとアルミナの中に含まれるアルカ
リ成分が高温で周囲に飛散し、これが多孔質母材表面に
付着し、クリストバライト層を形成するという問題があ
る。さらに若干の反応が起り、AlF3なるものをつくり、
これがフアイバ中に混入することが起つた。そこで炉心
管として石英ガラス製のものが実用化されている。
石英ガラスの炉心管の使用は、アルミナ炉心管の使用に
比し、下記の利点を有する。
加工精度を高くとれるので気密性が良く、スート母
材の脱水が容易に行われる。
アルミナに比し高純度であり、Fe、アルカリ等の
不純物を殆んど含有していない。
これらを用いて得られたガラス母材は、アルカリに
よる表面失透を起さない。
熱的な破損(サーマルシヨツクによる破壊)がな
い。
フツ素系ガスを用いた場合に、AlF3などの不純物ガ
スの発生がない。但し、SiF4ガスの発生はあるが、ガラ
ス母材への不純物としての悪影響は及ぼさない。
なお、石英炉心管の使用については、特公昭58−58
299号、同58−42136号、特開昭60−860
49各号公報に詳しく説明されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記のような利点を有する一方で、石英
管は高熱で変形し易いという欠点を持つていた。ちなみ
に、温度1300℃程度と常温の間の昇降温を毎日くり
かえすと、1ケ月以上経過すると失透による破壊や変形
が起きていた。また、SF6やCF4の弗素系ガスを用いた場
合、石英がエツチングされ、ひどい場合にはピンホール
を生じることさえあつたが、これは外気の混入や雰囲気
ガスが戸外へ漏出する原因ともなり製造工程上悪影響を
招く結果になる。
本発明の目的は、上述のような従来法による光フアイバ
用母材の脱水・焼結及びフツ素添加処理における問題点
を解決し、炉心管が高寿命で使える光フアイバ用母材の
製造方法を提供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者等は上記の問題点を解決する手段について鋭意
研究の結果、0.5〜10重量%のアルミナを添加した
石英炉心管を使用することで、該炉心管を高温使用し得
ることが可能になるとの結論に至り、本発明に到達し
た。更には、フツ素系ガスを使用する場合にはSiF4ガス
を選択すれば、炉心管の長寿命化により有効であること
も見出した。
すなわち本発明は石英系スート母材をハロゲン系ガスを
添加された雰囲気下で加熱して、脱水・焼結及び屈折率
調整処理のうち少なくとも1つを行う光フアイバ用母材
の製造方法において、上記処理を0.5〜10重量%の
アルミナを含有する石英炉心管を用いて行なうことを特
徴とする。
本発明の好ましい実施態様としては、ハロゲン系ガスが
SiF4又はCl2である上記方法、脱水を行つた後に、屈折
率調整と焼結とを同時に行う上記方法が挙げられる。
また本発明において石英系スート母材として、光フアイ
バのコア部および一部のクラツド部となるべき構造を有
する心棒を有するものを用いる上記方法も特に好ましい
本発明の実施の態様である。
本明細書においては、石英系スート母材とは石英を主成
分とするガラススート母材を言い、これは例えば火炎加
水分解反応によりガラス原料ガス及び添加剤ガス等を不
活性ガス等をキヤリヤーとして火炎中に導入し、生成し
たガラス微粒子を堆積せしめる、あるいは、いわゆるゾ
ルゲル法すなわちアルコラートの加水分解により得る、
方法により作製でき、これらの技術は公知のものであ
る。
本発明においては、該石英系スート母材を脱水・焼結、
屈折率調整の少なくとも1つを、ハロゲン系ガスが添加
された雰囲気中にて加熱下に行う。
脱水の場合には、Cl2、SOCl2、CCl4などの塩素系ガスを
Heガス等不活性ガスにて希釈した雰囲気にて行う。ま
た、塩素系ガスに代えて、CF4、CCl2F2、C2F6、SF6、Si
F4等の弗素系ガスを用いることも好ましく、この場合に
は脱水と同時に焼結を行うことも勿論良い。脱水を目的
とする場合には上記ハロゲン系ガスの使用量は雰囲気ガ
ス中1容量%程度で一般には充分である。
一方、屈折率調整を行う場合、例えば弗素を添加する場
合は、添加剤原料ガスとして、CF4、SF6、C2F6、SiF4
を用いればよく、これ等のガスの濃度、処理温度を決定
することで、屈折率を調整することができる。例えば屈
折率を低下させるための弗素の添加は、雰囲気ガスとし
て弗素系ガス濃度2〜20容量%のものを用いること
で、△n(比屈折率差)を−0.3〜0.5%の範囲に
調整することができる。またホウ素を添加するにはBC
l3、BBr3等を、弗素とホウ素の両方に添加するにはBF3
を用いればよい。
屈折率調整が脱水処理又は焼結を兼ねるものであつても
よいし、さらに屈折率調整、脱水・焼結を同時に行つて
もよい。また雰囲気がハロゲン系ガスの1以上を混合し
たものであつてもよい。
上記の脱水、屈折率調整、焼結のいずれの処理も、その
温度は1100℃以上で、石英系スート母材が透明化す
る温度以下の範囲が好ましい。
そして、石英系スート母材の上記した条件による加熱処
理を行う炉心管として、0.5〜10重量%程度の少量
のアルミナを添加した石英管を用いることで、高品質の
石英系ガラス母材を炉心管の損傷も少なく、製造できる
のである。
以下に本発明の基礎となつた実験及び概念について説明
する。ここで断つておくが、以下に述べる概念は、本発
明に有効な実験による知見を得て、初めて説明できたも
のであつて、予め容易に類推できるものではなかつた。
実験1 外径100mm、長さ300mm厚さ2mmの石英炉心管を温
度1500℃に加熱した状態に一昼夜保持したところ、
該炉心管は引伸び長さ400mmになつてしまつた。
実験2 実験1と同サイズで、アルミナを1%添加した石英から
なる炉心管を用い、実験1と同様に行つたところ、炉心
管の引伸びは殆んどなかつた。
実験3 実験1と同じ炉心管を用い、一日毎に室温より1500
℃までの昇温テストを繰り返したところ、該炉心管は2
0日後に失透による破壊を起した。
実験4 実験2と同じアルミナ1%添加石英炉心管について、実
験3と同様に一日毎に室温より1500℃まで昇温する
テストを繰返したが、20日間経過しても全く問題はな
かつた。
実験5 実験2の同様の実験を、アルミナを3重量%添加した石
英管を用いて行つたところ、実験2と同様に炉心管の引
伸びは殆んどなかつた。
実験6 アルミナを夫々0.5、1、3、5、7、10、20重
量%添加した石英ガラスを試作したところ、添加量が
0.5〜10重量%の範囲では、充分に透明で加工の容
易なガラスが得られた。アルミナ添加量20重量%の石
英ガラスは不透明で、加熱による加工も困難であつた。
実験7 厚さ5mmの1重量%のアルミナ添加石英片を、SF6ガス
中に置いて、温度1500℃にて加熱したところ、約6
時間の加熱でその厚さは3mm以下となつた。
実験8 実験7と同じ石英片を、SiF4ガス中にて1500℃で加
熱したところ6時間加熱してもその厚さに殆んど変化は
なかつた。
以上の実験1ないし8より次のことが明らかになつた。
i)石英にアルミナを0.5〜10重量%添加した材料
は純粋な石英に比べ極めて高温に耐え得る。
ii)フツ素系ガスの使用においては、SiF4ガスを選択す
れば上記i)に示した炉心管をエツチングしない。
この結果に基き本発明者らは、炉心管の中でスート母材
を1500℃以上の高温で加熱処理する場合等において
は、0.5〜10重量%のアルミナを添加した石英炉心
管を使用し、またフツ素系ガスを使用する際はSiF4を用
いることが好ましいと結論した次第である。
上記の事実は以下の如く説明できる。
アルミナの添加による石英管の耐熱温度の向上は、ガラ
ス中のアルミナの結合ができ粘性が大になつたことによ
ると考えられる。
またSiF4が好結果を与えるのは、石英(SiO2)炉心管や
多孔質母材とSF6とは下記(1)式 SiO2(s)+SF6(g)→SiF4(g)+SF2(g)+O2(g) ・・・(1) ただしs:固体、g:気体 の如く反応し、炉心管をエツチングするのに対し、SiF4
は下記(2)式に示すように、SiO2との間に生成物を生じ
ない。
すなわち炉心管をエツチングしないのである。
なお、アルミナ管使用の際の問題であつたAlF3の発生
は、アルミナを10重量%以下含有する石英管では非常
に少なく、さらにSiF4ガスを使用すればAlF3の発生は全
くみられない。
〔実施例〕 以下実施例を示して具体的に説明する。
第1図は、本発明の1実施態様である、光フアイバ用ガ
ラス母材の製造装置を示す概略構造図である。第1図中
1はスート母材、2は支持棒、3は炉心管、4は発熱
体、5は炉本体、6は不活性ガスの導入口、7は雰囲気
ガス(例えばSiCl4,SF6,He等)の導入口である。
次の実施例及び比較例は第1図の装置を用いて行つた。
実施例1 発熱体4により、アルミナを1重量%添加した石英炉心
管3を1600℃に加熱し、該管3内にSF6を50c.c.
/分及びHeを5/分の割合で流し、その中にスート
母材1を下降速度2mm/分で挿入した。得られた透明ガ
ラス母材を引き続きフアイバに紡糸したところ、フアイ
バの残留水分は0.1ppm でありCuやFeに由来する
吸収は全くみられなかつた。ガラス母材中には、約1重
量%のフツ素が添加されていた。この条件で1ケ月連続
使用しても引伸びは殆んどなかつた。
実施例2 第1図の装置でアルミナを5重量%添加した石英炉心管
を用い、その他は実施例1と同じ条件で多孔質母材の処
理を行つたところ、実施例1と同様の結果が得られた。
実施例3 SF6のかわりにCF4を500c.c./分流す他は、実施例1
と同様の条件で多孔質母材の処理を行つた。得られた透
明化母材には若干の気泡が残つていた。また炉心管が若
干エツチングされた。
実施例4 中心部にコアとクラツドの一部を有するスート母材につ
いて、実施例1と同様の炉心管を用い、同じ条件で処理
したところ、得られた母材、フアイバは実施例1と同様
の結果を与えた。
実施例5 実施例1で用いたと同じの多孔質母材を予めCl2を用い
て1200℃で脱水し、その後は実施例1と同じ条件で
処理したところ、極めて低水分量のフアイバが得られ
た。水分量以外の結果は実施例1の場合と同じであつ
た。
比較例 炉心管として純石英管を用いた他は、実施例1と同じ条
件でフアイバを製造したところ、得られたフアイバ中の
残留水分は0.1ppm であつたが、炉心管の引伸びが起
こり、20回の使用で該炉心管は破損した。
以上の説明は、VAD法による場合を例示したが、勿論
これに限定されるものではなく、その他外付け法等で得
た多孔質母材にはすべて本発明の方法を適用して効果が
ある。
又、炉構造も1例を挙げたにすぎず、多孔質母材を移動
せずにすむ均質加熱炉によつても、本実施例と同様の優
れた結果が得られた。
〔発明の効果〕
本発明はガラス母材に対する不純物元素の混入を防止で
き、炉心管の寿命を従来より延長でき、特にフツ素を添
加する場合はSiF4を用いることで炉心管のエツチングを
防止でき、経済性が向上し、かつ高純度のガラス物品を
得ることができるという効果を奏し、光フアイバ用母材
の製造に適用して有利である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光フアイバ用母材の製造方法の実施態
様を説明する図である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】石英系スート母材をハロゲン系ガスを添加
    された雰囲気下で加熱して、脱水・焼結及び屈折率調整
    処理のうち少なくとも1つを行う光フアイバ用母材の製
    造方法において、上記処理を0.5〜10重量%のアル
    ミナを含有する石英炉心管を用いて行なうことを特徴と
    する上記方法。
  2. 【請求項2】ハロゲン系ガスがSiF4である特許請求の範
    囲の第(1)項に記載される光フアイバ用母材の製造方
    法。
  3. 【請求項3】ハロゲン系ガスがCl2である特許請求の範
    囲の第(1)項に記載される光フアイバ用母材の製造方
    法。
  4. 【請求項4】脱水を行つた後屈折率調整及び焼結を同時
    に行う特許請求の範囲第(1)項に記載される光フアイバ
    用母材の製造方法。
  5. 【請求項5】石英系スート母材が、光フアイバのコア部
    及び一部のクラッド部を有する構造となつた心棒を有し
    ている特許請求の範囲第(1)項乃至第(4)項のいずれかに
    記載される光フアイバ用母材の製造方法。
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